Министерство образования Российской Федерации

Магнитогорский Государственный Технический Университет

им. Г.И.Носова

Кафедра Теплотехнических и Энергетических систем

Расчет систем газо- и водоснабжения

Методические указания по курсовому проектированию по курсу:

"Технологические энергоносители промышленных предприятий"

для студентов специальности 140104

Магнитогорск

2008

Составители:

Е.Б. Агапитов

Н.Г. Злоказова

В.Н. Михайловский

М.М.Ерофеев

М.А.Покатаева

Расчет систем газо- и водоснабжения: Методические указания по курсовому проектированию по курсу: «Технологические энергоносители промышленных предприятий» для студентов специальности 140104. Магнитогорск, МГТУ, 2008.

Рецензент доцент, к.т.н. Г.Н. Трубицина

© Е.Б.Агапитов, Н.Г.Злоказова, В.Н.Михайловский, М.М.Ерофеев, М.А.Покатаева, 2008

Введение

Проектирование распределительных систем газоснабжения является одной из составляющих деятельности инженера-энергетика. Рост потребления газа в городах и масштабность распределительных систем ставят перед инженером новые задачи, связанные с развитием и реконструкцией сетей, повышением надежности газоснабжения, поиску экономичных вариантов транспортировки газа.

Кольцевые сети обладают повышенной надежностью и применяются для снабжения наиболее ответственных потребителей. Газовые сети высокого (среднего) давления являются верхним иерархическим уровнем городской системы газоснабжения. Для средних и больших городов их проектируют кольцевыми, и только для малых городов они могут выполняться в виде разветвленных тупиковых сетей.

Газовые сети состоят из участков, по которым движется газ, и узлов, в которых соединяются участки и к которым присоединяют ответвления к потребителям. Геометрические фигуры, состоящие из ребер и вершин (когда каждому ребру соответствуют две вершины, являющиеся концами этих ребер) называются графами. Цепочка последовательно соединенных ребер, в которой каждую вершину (узел) при движении по направлению потока проходят один размазывается путем. Путь, у которого начальная и конечная вершины совпадают, образуют контур или цикл.

Тупиковая разветвленная газовая сеть представляет собой дерево. Кольцевая сеть представляет собой граф, состоящий только из циклов и не имеющих тупиковых ответвлений. Большинство газовых сетей представляет собой смешанный граф, состоящий из замкнутых контуров и тупиковых ответвлений. Кольцевую сеть можно трансформировать в дерево (разветвленную сеть) путем исключения из каждого цикла замыкающего участка – этот прием используется в гидравлических расчетах колец. Обычно для сетей задано начальное давление Р_n у точки питания и P_k у потребителя.

Задача гидравлического расчета разветвленной сети, у которой транзитные расходы определены однозначно (следовательно, известны расчетные расходы для всех участков), заключается в нахождении диаметра трубопровода на участке d_i и потерь давления на участке ΔР_i.

При расчете кольцевой сети можно наметить бесчисленное множество вариантов потокораспределения, т.к. ветви кольцевой сети включены параллельно, поэтому, в общем случае у кольцевой сети неизвестными будут диаметры d_i на участках, перепады давления на них ΔР_i и расчетные расходы Q_i . Поиск неизвестных проводят на основании решения системы уравнений, составленных на основании двух законов Кирхгофа для кольцевых сетей:

1. Алгебраическая сумма всех потоков газа Q_ij, сходящихся в узле, включая узловые расходы Q_j, равна нулю.

Потокам, подходящим к узлу, присваивается знак плюс, а выходящим – знак минус.

2. Алгебраическая сумма всех перепадов давлений в замкнутом контуре равна нулю при условии, если в этом контуре нет нагнетателей. Перепады давления на участках, где газ движется по часовой стрелке, принимаются положительными, а на участках с направлением движения против часовой стрелки – отрицательными. Второй закон дает число уравнений типа - равное числу элементарных колец.

Городские газовые сети рассчитывают на заданный перепад давлений, и это условие дает дополнительные уравнения типа:

где ΔРp – расчетный перепад давлений,

ΔPi – сумма потерь давления от точки 1 до концевой точки k.

Число таких уравнений равно числу точек встречи потоков. Оптимизацию сети проводят по оценке материальной характеристики – величины, пропорциональной расходу металла на сеть.

где р – число участков сети;

d_i, l_i - диаметры и длины участков.

На первом этапе гидравлического расчета проводят предварительное распределение потоков газа с соблюдением первого закона Кирхгофа и подбирают диаметры всех участков газопроводов. После подбора диаметров второй закон Кирхгофа для большинства колец оказывается неудовлетворительным.

Для независимых контуров составляется система уравнений относительно потерь давления в контуре, при этом:

для сети низкого давления

для сети высокого и среднего давления

здесь индексы «n», «k»относятся к началу и концу участка по ходу газа.

Для решения задачи используют метод циркуляционных (или контурных) расходов, когда в каждый независимый контур вводится циркуляционный расход ΔQk, в результате чего удовлетворяется второй закон Кирхгофа.

Для расчета величины ΔQk используют известную формулу Лобачева-Кросса. После введения циркуляционных расходов вычисляют " невязки" в кольцах и величины относительных ошибок, характеризующие" степень" невыполнения второго закона.

- для сети высокого давления

- для сети низкого давления

Если полученные ошибки оказываются меньше заданной точности (обычно 10%) – расчет потокораспределения считают законченным. Если ошибки оказываются больше допустимой – расчет повторяют снова.

Наиболее доступно метод гидравлического расчета кольцевых сетей изложен в работе А.А. Ионина [1]. Примеры расчетов сетей с учетом небольших методических дополнений предлагаются в данном методическом указании. В приложении приведены различные варианты заданий для расчетов и необходимые для расчетов номограммы. В дополнение к гидравлическому расчету газовых сетей приведен пример расчета надежности газоснабжения кольцевой газовой сети.

В основе расчета лежит оценка показателя надежности сети Rсети(t) как функции от принятого по заданию временного отрезка. Если в результате расчета окажется, что величина Rсети (t) получилась менее 0,95, то проектанту необходимо разработать мероприятия, к которым относят: резервирование, байпассирование и дублирование, позволяющие повысить надежность сети, после чего уточняют оценку надежности.